KR102472255B1 - Method of degassing - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면 연속적으로 복수의 반도체 기판을 디개스(degas) 장치에 로딩(loading)하는 단계;
각각의 반도체 기판의 디개싱(degassing)이 상기 반도체 기판이 상기 디개스 장치에 로딩되는 시간에 관련되어 다른 시간에 시작되도록, 상기 반도체 기판들을 병렬로 디개싱하는 단계; 및
순서 상 나중에 로딩된 반도체 기판이 여전히 디개싱되는 동안, 반도체 기판이 디개싱되었을 때 상기 디개스 장치로부터 상기 반도체 기판을 언로딩(unloading)하는 단계;를 포함하고,
상기 반도체 기판의 디개싱은 10 -4 Torr미만의 압력에서 수행되고, 상기 디개스 장치는 상기 반도체 기판의 상기 디개싱 동안 계속해서 펌프되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 디개싱 방법이 제공된다.According to the present invention, continuously loading a plurality of semiconductor substrates into a degas device;
degassing the semiconductor substrates in parallel, such that degassing of each semiconductor substrate starts at a different time relative to the time the semiconductor substrate is loaded into the degas device; and
unloading the semiconductor substrate from the degas device when the semiconductor substrate is degassed while the semiconductor substrate loaded later in the sequence is still degassed;
The degassing of the semiconductor substrate is performed at a pressure of less than 10 -4 Torr, and the degassing device is continuously pumped during the degassing of the semiconductor substrate.

Figure R1020150167272
Figure R1020150167272

Description

디개싱 방법 {METHOD OF DEGASSING}Degassing method {METHOD OF DEGASSING}

본 발명은 복수의 반도체 기판을 디개싱하는 방법 및 관련된 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and related apparatus for degassing a plurality of semiconductor substrates.

반도체 장치의 제조는 일반적으로 불순물을 낮은 농도로 유지하는 것이 필요하기 때문에 철저하게 통제되는 상태에서 수행된다. 불순물의 잠재적 원천 중 하나는 가공되어야 하는 반도체 웨이퍼이다. 따라서, 하나 또는 그 이상의 제조 공정 단계에 앞서서 반도체 웨이퍼에 디개싱 절차를 수행하는 것은 널리 알려져 있다. 예를 들어, 반도체 장치 제조 공정은 기판에 고순도 물질의 박막 층을 증착시키기 위한 기술을 빈번하게 사용한다. 증착된 필름이 필요한 특성을 갖도록 하기 위하여 이 공정 동안 공정 챔버에 오염 물질이 없도록 유지하는 것은 매우 중요하다. PVD 및 CVD와 같은 많은 표준 산업 기술들은 진공 상태에서 수행된다. 증착된 필름의 오염을 최소화하기 위하여 낮은 압력을 유지하는 것은 중요하다.The manufacture of semiconductor devices is generally carried out under closely controlled conditions because it is necessary to keep impurities at low concentrations. One potential source of impurities is the semiconductor wafers to be processed. Accordingly, it is well known to subject semiconductor wafers to a degassing procedure prior to one or more manufacturing process steps. For example, semiconductor device fabrication processes frequently use techniques for depositing thin layers of high purity materials on substrates. It is very important to keep the process chamber free of contaminants during this process in order to ensure that the deposited film has the required properties. Many standard industrial techniques such as PVD and CVD are performed in a vacuum. It is important to maintain a low pressure to minimize contamination of the deposited film.

많은 현대 제조 방법들은 열에 노출되었을 때 아주 심하게 기체를 방출할 수 있는 물질들로 코팅된 기판의 사용을 필요로 한다. 이러한 물질들의 예시에는 유기 패시베이션 층(organic passivation layer), 접착제, 포토레지스트(photoresist) 또는 스핀-온(spin-on) 물질이 포함된다. 게다가, 기체를 상당히 방출하는 신규한 기판 물질들도 점점 더 많이 사용되고 있다. 웨이퍼 패키징 산업(wafer packaging industry) 내에서, 폴리이미드(PI) 및 폴리벤조옥사졸(PBO)와 같은 물질은 특히 문제가 있다. 이러한 기체를 방출하는, 오염 물질들이 공정 장비 내로 발산되어 성장하는 필름에 포함되었을 때, 이것은 심대한 문제를 야기한다. 예를 들어, 증착된 필름의 물성 및 특성이 저하될 수 있다.Many modern fabrication methods require the use of substrates coated with materials that can very heavily outgas when exposed to heat. Examples of such materials include organic passivation layers, adhesives, photoresists or spin-on materials. In addition, new substrate materials that significantly outgas are also increasingly being used. Within the wafer packaging industry, materials such as polyimide (PI) and polybenzoxazole (PBO) are particularly problematic. When these outgassing, contaminants are released into the process equipment and incorporated into the growing film, this causes significant problems. For example, physical properties and properties of the deposited film may be degraded.

클러스터 도구(cluster tool)는 반도체 웨이퍼의 비용효과적인 제조를 위하여 흔히 사용된다. 전형적으로, 웨이퍼는 카세트 또는 전방 개방 통합 포드(FOUPs)로부터 낮은 압력에서 작동하는 수송 모듈로 이송될 수 있다. 수송 모듈 내의 하나 또는 그 이상의 로봇은 웨이퍼를 카세트/FOUPs로부터 수송 모듈 근처에 위치한 많은 모듈들로 옮긴다. 수송 모듈 주위에 위치한 모듈들은 전형적으로 진공 상태에서 작동하고 각각은 다른 기능들 중에서도 디개스(degas), 식각(etch), PVD 증착 같은 전용 기능들을 갖는다.Cluster tools are commonly used for cost effective manufacturing of semiconductor wafers. Typically, wafers can be transferred from cassettes or front open integrated pods (FOUPs) to transport modules that operate at low pressure. One or more robots within the transport module move wafers from cassettes/FOUPs to a number of modules located near the transport module. Modules located around the transport module typically operate in vacuum and each has dedicated functions such as degas, etch, PVD deposition, among other functions.

표준 공정 흐름의 일부분으로서의 증착과 같은 차후의 공정에 앞서서 디개싱 전용 공정 모듈에서 반도체 기판을 디개싱하는 것은 일반적이다. 한번에 단일 웨이퍼가 디개싱되는 디개스 모듈을 제공하는 것은 알려져 있다. 배치 디개스 모듈 또한 알려져 있다. 이러한 배열 내에서, 다수의 웨이퍼들이 로딩되고 함께 디개싱된다. 그러나, 반도체 산업 내에서 사용되는 많은 신규한 물질들은 극히 낮은 디개싱 속도를 갖고 있고, 이는 30분 또는 그 이상의 긴 디개스 시간을 야기한다. 그러나, 웨이퍼 당 관련된 고정 비용을 최소화하기 위하여는 상업적 공정 장치가 많은 처리량을 달성하는 것이 중요하다. 그 결과, 기체를 많이 방출하는 기판을 처리하는 것은 경제적으로 실행 가능하지 않을 수 있다. 왜냐하면, 낮은 디개싱 속도 및 긴 디개스 시간은 상업적으로 허용되기에는 너무 낮은 처리량을 야기할 수 있기 때문이다.It is common to degas a semiconductor substrate in a dedicated degassing process module prior to a subsequent process such as deposition as part of a standard process flow. It is known to provide degas modules in which a single wafer at a time is degassed. Batch degas modules are also known. Within this arrangement, multiple wafers are loaded and degassed together. However, many new materials used within the semiconductor industry have extremely low degassing rates, resulting in long degassing times of 30 minutes or more. However, it is important for commercial process equipment to achieve high throughput in order to minimize the associated fixed costs per wafer. As a result, processing highly outgassing substrates may not be economically viable. This is because low degassing rates and long degassing times can lead to throughputs that are too low to be commercially acceptable.

본 발명의 적어도 몇몇 실시예에서는 상기 언급한 문제들 중 하나 또는 그 이상을 다룬다. 비록, 본 발명이 PBO 및 PI처럼 기체를 많이 방출하는 물질을 포함하는 반도체 기판에 특히 적합한 것일지라도, 본 발명은 모든 종류의 반도체 기판에 폭 넓게 적용 가능하다.At least some embodiments of the present invention address one or more of the problems noted above. Although the present invention is particularly suitable for semiconductor substrates containing highly outgassing materials such as PBO and PI, the present invention is widely applicable to all types of semiconductor substrates.

본 발명의 제1태양에 따르면, According to the first aspect of the present invention,

연속적으로 복수의 반도체 기판을 디개스 장치에 로딩(loading)하는 단계;continuously loading a plurality of semiconductor substrates into a degassing device;

각각의 반도체 기판의 디개싱(degassing)이 상기 반도체 기판이 상기 디개스 장치에 로딩되는 시간에 관련되어 다른 시간에 시작되도록, 상기 반도체 기판들을 병렬로 디개싱하는 단계; 및 degassing the semiconductor substrates in parallel, such that degassing of each semiconductor substrate starts at a different time relative to the time the semiconductor substrate is loaded into the degas device; and

순서 상 나중에 로딩된 반도체 기판이 여전히 디개싱되는 동안, 반도체 기판이 디개싱되었을 때 상기 디개스 장치로부터 상기 반도체 기판을 언로딩(unloading)하는 단계;를 포함하고, unloading the semiconductor substrate from the degas device when the semiconductor substrate is degassed while the semiconductor substrate loaded later in the sequence is still degassed;

상기 반도체 기판의 디개싱은 10 -4 Torr미만의 압력에서 수행되고, 상기 디개스 장치는 상기 반도체 기판의 상기 디개싱 동안 계속해서 펌프되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 디개싱 방법이 제공된다.The degassing of the semiconductor substrate is performed at a pressure of less than 10 -4 Torr, and the degassing device is continuously pumped during the degassing of the semiconductor substrate.

이 방법에 의하면, 처리량에 있어서 상당한 향상을 얻을 수 있다. 다른 반도체 기판이 디개싱되는 동안 반도체 기판을 로딩 및 언로딩하는 것이 가능하다. 이것은 디개싱되고 있는 반도체 기판의 오염 없이 이루어질 수 있다.With this method, significant improvements in throughput can be obtained. It is possible to load and unload a semiconductor substrate while another semiconductor substrate is being degassed. This can be done without contamination of the semiconductor substrate being degassed.

반도체 기판의 디개싱은 5x10-5 Torr미만의 압력에서 수행될 수 있다.Degassing of the semiconductor substrate can be performed at a pressure of less than 5x10 -5 Torr.

디개싱은 반도체 기판의 방사 가열을 포함할 수 있다.Degassing can include radiative heating of the semiconductor substrate.

반도체 기판은 임의의 원하는 온도로 가열될 수 있다. 전형적으로, 반도체 기판은 100℃ 또는 그 이상으로 가열될 수 있다.The semiconductor substrate can be heated to any desired temperature. Typically, the semiconductor substrate may be heated to 100° C. or higher.

각각의 반도체 기판은 언로딩에 앞서 기 설정된 시간 동안 디개싱될 수 있다. 이것이 반도체 기판이 디개싱되었을 때 결정하기 위한 가장 실용적인 방법이라고 사료된다. 기 설정된 시간의 길이는 사용자에 의하여 설정될 수 있다. 기 설정된 시간의 길이는 반도체 기판 및 디개스 장치의 특성에 기초하여 경험적으로 결정될 수 있다. 원칙적으로, 반도체 기판이 디개싱되었을 때 결정하기 위한 몇몇 형태의 감시 수단이 대신 사용될 수 있다.Each semiconductor substrate may be degassed for a predetermined time prior to unloading. It is believed that this is the most practical method for determining when a semiconductor substrate has been degassed. The preset length of time may be set by the user. The predetermined length of time may be empirically determined based on the characteristics of the semiconductor substrate and the degas device. In principle, some form of monitoring means for determining when the semiconductor substrate has been degassed could be used instead.

적어도 3개의 반도체 기판이 연속적으로 디개스 장치에 로딩될 수 있다. 바람직하게는, 적어도 20개의 반도체 기판이 연속적으로 디개스 장치에 로딩될 수 있다. 더 바람직하게는, 적어도 50개의 반도체 기판이 연속적으로 디개스 장치에 로딩될 수 있다.At least three semiconductor substrates may be successively loaded into the degas device. Preferably, at least 20 semiconductor substrates can be successively loaded into the degas device. More preferably, at least 50 semiconductor substrates can be successively loaded into the degas device.

디개스 장치는 디개스 모듈을 포함할 수 있다. 디개스 모듈은 반도체 기판 처리를 위한 클러스터 도구(cluster tool)의 일부를 형성할 수 있다.The degas device may include a degas module. The degas module may form part of a cluster tool for processing semiconductor substrates.

반도체 기판은 실리콘 반도체 웨이퍼 같은 반도체 웨이퍼일 수 있다. 반도체 기판이 추가적인, 비-반도체, 요소를 포함할 수 있음이 이해될 것이다.The semiconductor substrate may be a semiconductor wafer such as a silicon semiconductor wafer. It will be appreciated that the semiconductor substrate may include additional, non-semiconductor, elements.

본 발명의 제2태양에 따르면, According to the second aspect of the present invention,

제1반도체 기판을 디개스 장치에 로딩하는 단계; loading the first semiconductor substrate into a degassing device;

제1반도체 기판에 디개스 공정을 수행하는 단계; 제1반도체 기판 상에 디개스 공정이 수행되는 동안 제2반도체 기판을 디개스 장치에 로딩하는 단계;performing a degassing process on the first semiconductor substrate; loading a second semiconductor substrate into a degassing device while a degassing process is performed on the first semiconductor substrate;

제2반도체 기판에 디개스 공정을 수행하는 단계; 및 performing a degassing process on the second semiconductor substrate; and

제2반도체 기판이 여전히 그것의 디개스 공정을 거치는 동안 제1반도체 기판의 디개스 공정이 완료되면 장치로부터 제1반도체 기판을 언로딩하는 단계;를 포함하고, unloading the first semiconductor substrate from the device when the degas process of the first semiconductor substrate is completed while the second semiconductor substrate is still undergoing its degas process;

디개스 공정들은 10 -4 Torr미만의 압력에서 수행되고, 디개스 장치는 반도체 기판들의 디개싱 동안 계속해서 펌프되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 디개싱 방법이 제공된다.A method for degassing semiconductor substrates is provided, wherein the degassing processes are performed at a pressure of less than 10 −4 Torr, and the degassing device is continuously pumped during degassing of the semiconductor substrates.

제1 및/또는 제2반도체 기판에 디개스 공정이 수행되는 동안 추가의 반도체가 디개스 장치에 로딩될 수 있다.Additional semiconductors may be loaded into the degas device while the degas process is performed on the first and/or second semiconductor substrates.

본 발명의 제3태양에 따르면, 반도체 기판을 연속적으로 디개스 장치에 로딩 및 디개스 장치로부터 언로딩하기 위한 로딩 및 언로딩 장치; According to a third aspect of the present invention, there is provided a loading and unloading device for continuously loading and unloading a semiconductor substrate into and from the degas device;

반도체 기판의 디개싱을 위해 10-4 Torr 미만의 원하는 압력을 달성하기 위하여 상기 디개스 장치를 펌핑하기 위한 펌핑 배열(pumping arrangement); 및a pumping arrangement for pumping the degas device to achieve a desired pressure of less than 10 -4 Torr for degassing of semiconductor substrates; and

각각의 반도체 기판의 디개싱(degassing)이 상기 반도체 기판이 상기 디개스 장치에 로딩되는 시간에 관련되어 서로 다른 시간에 시작되도록 상기 반도체 기판들이 병렬로 디개싱될 때, 반도체 기판이 디개싱되었는지 결정하여 순서 상 나중에 로딩된 반도체 기판이 여전히 디개싱되는 동안에 디개싱된 반도체 기판이 상기 디개스 장치로부터 언로딩되도록 하는, 상기 반도체 기판이 연속적으로 로딩되고 병렬로 디개싱되도록 하는 제어부(controller);를 포함하고, Determine if a semiconductor substrate has been degassed when the semiconductor substrates are degassed in parallel such that the degassing of each semiconductor substrate starts at different times relative to the time the semiconductor substrate is loaded into the degas device. a controller that causes the semiconductor substrates to be continuously loaded and degassed in parallel so that the degassed semiconductor substrates are unloaded from the degassing device while the semiconductor substrates loaded later in the sequence are still degassed; include,

상기 펌핑 배열이 상기 반도체 기판의 상기 디개싱 동안 계속해서 상기 디개스 장치를 펌핑하도록 설정된 디개스 장치가 제공된다.A degas device is provided wherein the pumping arrangement is configured to continuously pump the degas device during the degassing of the semiconductor substrate.

디개스 장치는 반도체 기판을 방사 가열하기 위한 하나 또는 그 이상의 방사 히터를 더 포함할 수 있다. 방사 히터는 램프(lamp)일 수 있다.The degassing device may further include one or more radiant heaters for radiatively heating the semiconductor substrate. The radiant heater may be a lamp.

펌핑 배열은 저온펌프(cryopump)를 포함할 수 있다. 디개스 장치의 부피는 펌핑 배열과 함께 선택될 수 있다. 반도체 기판이 디개스 장치에 로딩 및 디개스 장치로부터 언로딩되는 동안 원하는 압력 진공 수준을 달성하는 것이 가능하다. 원하는 압력은 5x10-5 Torr미만일 수 있다.The pumping arrangement may include a cryopump. The volume of the degassing device can be chosen along with the pumping arrangement. It is possible to achieve a desired pressure vacuum level during loading and unloading of the semiconductor substrate into and from the degas device. The desired pressure may be less than 5x10 -5 Torr.

제어부는 반도체 기판이 기 설정된 시간 동안 디개싱되면 반도체 기판이 디개싱되었다고 결정할 수 있다. 위에 언급된 것처럼, 이것이 반도체 기판이 디개싱되었을 때 결정하기 위한 가장 실용적인 방법이라고 사료된다. 제어부는 각각의 반도체 기판이 디개싱되는 시간을 감시하는 타이머 기능을 포함할 수 있다. 타이머 기능은 반도체 기판이 기 설정된 시간 동안 디개싱되었을 때 상태 표시부를 제공할 수 있다. 상태 표시부는 직접적으로 또는 간접적으로 디개스 반도체 기판이 디개스 장치로부터 언로딩되도록 유발할 수 있다.The controller may determine that the semiconductor substrate is degassed when the semiconductor substrate is degassed for a predetermined time. As mentioned above, this is believed to be the most practical method for determining when a semiconductor substrate has been degassed. The control unit may include a timer function for monitoring the degassing time of each semiconductor substrate. The timer function may provide a status display unit when the semiconductor substrate is degassed for a predetermined period of time. The status indicator can directly or indirectly cause the degas semiconductor substrate to be unloaded from the degas device.

로딩 및 언로딩 장치는 반도체 기판이 디개스 장치에/로부터 로딩되거나 언로딩될 수 있는 슬롯(slot)을 포함할 수 있다. 로딩 및 언로딩 장치는 기술분야에 공지된 적합한 기판 수송 메커니즘(mechanism)을 더 포함할 수 있다.The loading and unloading device may include a slot through which semiconductor substrates may be loaded or unloaded to/from the degas device. The loading and unloading device may further include suitable substrate transport mechanisms known in the art.

디개스 장치는 반도체 기판이 로딩될 수 있는 구조를 더 포함할 수 있다. 상기 구조는 카세트(cassette)일 수 있다. 카세트는 반도체 기판이 수직 배열로 쌓이도록 수직으로 정렬될 수 있다.The degas device may further include a structure into which a semiconductor substrate may be loaded. The structure may be a cassette. The cassettes may be aligned vertically such that the semiconductor substrates are stacked in a vertical arrangement.

디개스 장치는 디개스 모듈을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 디개스 모듈에서 디개싱될 수 있다. 디개스 장치는 반도체 기판 수송 모듈을 더 포함할 수 있다. 디개스 모듈 및 반도체 기판 수송 모듈은 반도체 기판 처리를 위한 클러스터 도구의 일부를 형성할 수 있다. 디개스 장치 내 유지되는 상대적으로 낮은 압력은 수송 모듈 내의 진공이 손상되지 않게 한다는 장점을 갖는다. 이것은 클러스터 도구 내의 다른 공정 모듈들의 교차 오염을 피할 수 있도록 차례로 돕는다.The degas device may include a degas module. A semiconductor substrate may be degassed in a degassing module. The degas device may further include a semiconductor substrate transport module. The degas module and semiconductor substrate transport module may form part of a cluster tool for processing semiconductor substrates. The relatively low pressure maintained in the degas device has the advantage that the vacuum in the transport module is not compromised. This in turn helps to avoid cross-contamination of other process modules within the cluster tool.

본 발명의 제4태양에 따르면, 반도체 기판 처리를 위한 본 발명의 제3태양의 디개스 장치를 포함하는 클러스터 도구가 제공된다. 디개스 장치는 디개스 모듈 및 반도체 기판 수송 모듈을 포함할 수 있다.According to a fourth aspect of the present invention, a cluster tool comprising the degas device of the third aspect of the present invention for processing semiconductor substrates is provided. The degas device may include a degas module and a semiconductor substrate transport module.

본 발명이 상기 설명되어있지만, 그것은 상기 또는 이하 따라오는 설명, 도면 또는 청구항에 정리되어있는 특징들의 어떠한 독창적인 조합으로도 연장될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 하나의 태양과 관련되어 개시된 임의의 특징은 본 발명의 다른 태양과 관련되어 개시된 것으로 간주될 수 있다.
While the present invention has been described above, it may extend to any inventive combination of features set forth above or in the following description, drawings or claims. For example, any feature disclosed in relation to one aspect of the invention may be considered disclosed in relation to another aspect of the invention.

디개스 장치 및 디개싱 방법의 실시예는 여기에 동반되는 도면의 부호와 함께 개시될 것이다.
도 1은 챔버의 단면도와 함께 본 발명의 디개스 장치를 보여준다;
도 2는 클러스터 도구의 개략도이다;
도 3은 (a) 선행 기술의 웨이퍼 디개스 및 (b) 본 발명의 웨이퍼 디개스를 위한 디개스 공정 절차를 보여준다;
도 4는 다양한 디개스 장치 및 방법론에 따른 웨이퍼 처리량 대 디개스 시간을 보여준다;
도 5는 기체 방출된 종의 부분 압력을 보여주고;
도 6은 디개스 모듈을 이용한 제조 공정의 전형에 사용되는 장치의 개략도이다.Embodiments of the degassing device and the degassing method will be disclosed with reference numerals in the accompanying drawings.
1 shows the degas device of the present invention with a cross-sectional view of the chamber;
Figure 2 is a schematic diagram of a cluster tool;
Figure 3 shows a degas process procedure for (a) prior art wafer degas and (b) inventive wafer degas;
Figure 4 shows wafer throughput versus degas time for various degas devices and methodologies;
Figure 5 shows the partial pressure of outgassed species;
6 is a schematic diagram of an apparatus used in an exemplary manufacturing process using a degas module.

도 1은, 일반적으로 10에 도시된, 본 발명의 디개스 모듈을 보여준다. 디개스 모듈 10은 모듈 10에/로부터 웨이퍼가 로딩/언로딩될 수 있는 슬롯 밸브(slot valve) 형태의 개구 14를 갖는 챔버 12를 포함한다. 챔버 12는 복수의 웨이퍼를 동시에 고정할 수 있는 웨이퍼 홀더(wafer holder, 16)를 포함한다. 웨이퍼 홀더 16는 웨이퍼가 수직으로 쌓일 수 있게 하는 카세트의 형태일 수 있다. 웨이퍼 홀더 16는 웨이퍼 홀더 16 내의 원하는 슬롯이 개구 14와 정렬되어 웨이퍼가 슬롯에 로딩되거나 슬롯으로부터 언로딩될 수 있게 하는 승강 조립체를 포함한다. 챔버 12는 또한 웨이퍼 홀더 16 내 고정된 웨이퍼의 방사 가열을 제공하는 복수의 램프 18를 포함한다. 챔버 12는 적합한 펌핑 배열과 연결된 펌핑 포트 20를 더 포함한다. 펌핑 포트 20는 챔버 12 내의 개구 및 게이트 밸브 20b를 포함한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 주요 펌핑 배열은 저온펌프 22를 포함한다. 러핑 펌프(roughing pump, 26)와 소통하는 보조 배기관 24이 제공된다. 챔버 12 내의 압력을 감시하기 위한 압력 게이지 28가 제공된다. 가스 흡입 시스템 30은 질소와 같은 원하는 가스의 흐름이 챔버 12 내로 도입되는 것을 가능하게 한다. 하기에 더 자세히 설명된 방법으로 웨이퍼의 로딩 및 언로딩을 제어하는 제어부 32가 제공된다. 편리하게도, 본 발명의 제어 방법론은 소프트웨어 및 기기에 기초한 적합한 마이크로프로세서를 사용함으로써 시행될 수 있다.1 shows the degas module of the present invention, shown generally at 10 . The degas module 10 includes a chamber 12 having an opening 14 in the form of a slot valve through which wafers can be loaded/unloaded to/from the module 10 . The chamber 12 includes a wafer holder 16 capable of simultaneously holding a plurality of wafers. The wafer holder 16 may be in the form of a cassette allowing wafers to be stacked vertically. The wafer holder 16 includes a lift assembly that allows a desired slot in the wafer holder 16 to align with the opening 14 so that a wafer can be loaded into or unloaded from the slot. Chamber 12 also includes a plurality of lamps 18 that provide radiant heating of a wafer held in wafer holder 16 . Chamber 12 further includes a pumping port 20 coupled with a suitable pumping arrangement. Pumping port 20 includes an opening in chamber 12 and a gate valve 20b. In the embodiment shown in FIG. 1 , the main pumping arrangement includes cryopump 22 . An auxiliary exhaust pipe 24 in communication with a roughing pump 26 is provided. A pressure gauge 28 is provided to monitor the pressure in chamber 12 . Gas intake system 30 allows a flow of a desired gas, such as nitrogen, to be introduced into chamber 12 . A controller 32 is provided that controls the loading and unloading of wafers in a manner described in more detail below. Conveniently, the control methodology of the present invention can be implemented using suitable microprocessor based software and instrumentation.

도 2는 본 발명의 디개스 모듈 102을 포함하는 PVD 클러스터 도구 100의 개략적인 배치를 보여준다. 디개스 모듈 102은 도 1과 관련되어 개시된 형태일 수 있다. 클러스터 도구 100는 추가적인 모듈들을 더 포함한다. 추가적인 모듈들의 특성은 의도하는 최종 생성물에 달려있다. 도 2에 도시된 예시에서, 추가적인 모듈은 핫 소프트 식각 모듈(hot soft edge module, 104) 및 3개의 PVD 모듈 106을 포함한다. 모듈 102-106은 원하는 공정 흐름에 따라 모듈 102-106에서/로부터 웨이퍼를 이송하는 웨이퍼 수송 모듈 108 주변에 분포되어있다. 웨이퍼 수송 모듈 108의 기능 중 하나는 도 1에 도시된 슬롯 밸브 14와 같은 슬롯 밸브를 통하여 디개스 모듈 102에/로부터 웨이퍼를 로딩/언로딩하는 것이다. 웨이퍼는 FOUP 110으로부터 클러스터 도구 100로 작은 로드 락(load lock)을 통하여 이동된다. 클러스터 도구 100는 공정 제어부 112를 더 포함한다. 공정 제어부 112는 사용자 인터페이스 112a와 함께 제공된다. 공정 제어부 112는 디개스 모듈 102의 작동을 포함하여 전체 클러스터 도구 100의 작동을 제어한다. 그러므로, 도 2의 공정 제어부 112는 도 1에 도시된 실시예의 제어부 32의 기능을 포함할 수 있다.2 shows a schematic arrangement of a PVD cluster tool 100 comprising the degas module 102 of the present invention. The degas module 102 may be of the form disclosed in relation to FIG. 1 . The cluster tool 100 further includes additional modules. The nature of the additional modules depends on the intended end product. In the example shown in FIG. 2 , the additional modules include a hot soft edge module 104 and three PVD modules 106 . Modules 102-106 are distributed around a wafer transport module 108 that transfers wafers to/from modules 102-106 according to the desired process flow. One of the functions of the wafer transport module 108 is to load/unload wafers to/from the degas module 102 through a slot valve, such as slot valve 14 shown in FIG. Wafers are moved from the FOUP 110 to the cluster tool 100 through a small load lock. The cluster tool 100 further includes a process controller 112. Process control 112 is provided with a user interface 112a. The process controller 112 controls the operation of the entire cluster tool 100, including the operation of the degas module 102. Therefore, the process controller 112 of FIG. 2 may include the functions of the controller 32 of the embodiment shown in FIG. 1 .

도 1의 디개스 모듈 10의 작동은 이제 더 자세히 설명된다. 반도체 웨이퍼는 원하는 시간에 연속적으로 모듈 10에 로딩된다. 웨이퍼는 웨이퍼 홀더 16 내의 슬롯에 저장된다. 각각의 웨이퍼는 개별적인 공정 타이머를 갖는다. 공정 타이머는 각각의 웨이퍼가 챔버 12에 로딩되면 시작된다. 사용자가 정의한 시간이 경과하면, 웨이퍼는 디개싱된 것으로 간주된다. 디개싱된 웨이퍼는 이후 챔버로부터 언로딩되는 것이 가능해진다. 언로딩된 웨이퍼는 이후 추가 공정을 위한 클러스터 도구 내의 하나 또는 그 이상의 모듈로 이송된다. 그러므로, 챔버 12 내의 웨이퍼는 병렬로 디개싱되는 것으로 간주되어야 한다. 임의의 시점에 챔버 12 내에 디개싱되고 있는 복수의 웨이퍼 12가 있다. 그러나, 이 웨이퍼들은 다른 시간에 로딩되고 다른 시간에 언로딩된다. 유사하게, 각각의 웨이퍼의 디개스 공정은 다른 시간에 시작하고 끝난다. 이것은 선행기술의 배치 디개스 공정과 상반되는 것이다. 본 발명의 방법론은 연속적인 공정 모듈이 가능해질 때 디개스 모듈 12이 계속적으로 로딩되고 언로딩되는 것을 의미한다. 웨이퍼를 병렬로 디개싱하는 디개스 공정 모듈을 사용함으로써, 디개스 시간이 긴 경우에도 높은 동적 처리량이 유지될 수 있다. 도 3에는 병렬 디개싱 방식으로 디개스 모듈을 사용하는 것의 장점이 도시되어있다. 도 3(a)는 웨이퍼들이 모두 차례로 로딩되고 디개싱되는 표준 단일 웨이퍼 선행 기술 디개스 공정을 보여준다. 예를 들어, 웨이퍼 2는 웨이퍼 1이 디개싱되고 언로딩된 후에만 로딩되고 디개싱된다. 선행 기술 공정에서, 만약 웨이퍼 1-3이 긴 관련된 디개스 시간을 갖는다면 처리량이 심각하게 제한되는 것을 볼 수 있다. 도 3(b)는 본 발명에 따른 공정을 보여준다. 비록 웨이퍼 1-3이 연속적으로 로딩될 지라도, 관련된 디개싱은 병렬로 일어난다. 웨이퍼의 처리량이 상당히 증가한 것을 볼 수 있다.The operation of the degas module 10 of Figure 1 is now described in more detail. Semiconductor wafers are sequentially loaded into module 10 at desired times. Wafers are stored in slots within wafer holder 16 . Each wafer has an individual process timer. A process timer is started when each wafer is loaded into chamber 12 . After the user-defined time has elapsed, the wafer is considered degassed. The degassed wafer is then allowed to be unloaded from the chamber. The unloaded wafer is then transferred to one or more modules in the cluster tool for further processing. Therefore, the wafers in chamber 12 should be considered degassed in parallel. At any point in time there are a plurality of wafers 12 being degassed within the chamber 12 . However, these wafers are loaded at different times and unloaded at different times. Similarly, the degassing process of each wafer starts and ends at different times. This is in contrast to the batch degas process of the prior art. The methodology of the present invention means that the degas module 12 is continuously loaded and unloaded when continuous process modules are enabled. By using degas process modules that degas wafers in parallel, high dynamic throughput can be maintained even with long degas times. 3 shows the advantage of using degas modules in a parallel degassing scheme. Figure 3(a) shows a standard single wafer prior art degas process in which the wafers are all loaded and degassed sequentially. For example, wafer 2 is loaded and degassed only after wafer 1 has been degassed and unloaded. In prior art processes, it can be seen that throughput is severely limited if wafers 1-3 have long associated degas times. Figure 3(b) shows the process according to the present invention. Although wafers 1-3 are loaded sequentially, the associated degassing occurs in parallel. It can be seen that the throughput of wafers has increased significantly.

디개스 모듈은 웨이퍼가 로딩 및 언로딩되는 동안에 웨이퍼의 연속적인 디개싱이 병렬로 일어나게 구성되어있다. 공정 챔버는 원하는 숫자의 웨이퍼를 고정할 수 있도록 적합하게 큰 부피여야하고, 또한 공정 동안에 공정 챔버 내의 압력이 크게 증가하지 않도록 보장할 만큼 커야 한다. 이것은 오염을 막거나 줄이는 것을 돕는다. 챔버의 실제 부피는 사용되는 펌핑 배열, 웨이퍼의 숫자 및 특성과 같은 요소에 따르는 것을 이해할 수 있는 숙련된 독자에 의해 손쉽게 선택될 수 있다. 이러한 방식으로, 챔버와 웨이퍼 사이의 슬롯 밸브를 오염 물질을 클러스터 도구 나머지에 도입하지 않으면서 여닫는 것이 가능하다. 또한, 부분적으로 디개싱된 웨이퍼는 새로운 웨이퍼가 디개스 모듈에 로딩될 때 오염되지 않을 것이다. 웨이퍼의 방사 가열은 이롭다. 왜냐하면 그것은 웨이퍼의 효율적인 가열을 달성하기 위하여 챔버 압력을 증가시킬 필요가 없다는 것을 의미하기 때문이다.The degas module is configured so that continuous degassing of the wafers takes place in parallel while the wafers are being loaded and unloaded. The process chamber must be of a suitably large volume to hold the desired number of wafers, and also large enough to ensure that the pressure within the process chamber does not significantly increase during processing. This helps prevent or reduce contamination. The actual volume of the chamber can be readily selected by the skilled reader who will understand that it will depend on factors such as the pumping arrangement used, the number and nature of the wafers. In this way, it is possible to open and close the slot valve between the chamber and the wafer without introducing contaminants into the rest of the cluster tool. Also, partially degassed wafers will not become contaminated when new wafers are loaded into the degas module. Radiant heating of the wafer is advantageous. This is because it means that there is no need to increase the chamber pressure to achieve efficient heating of the wafer.

도 4는 전형, 명목 130℃ 디개스 공정의 예상된 웨이퍼 처리량을 다른 디개스 구성을 위한 디개스 시간의 함수로 보여준다. 곡선 40은 단일 웨이퍼 디개스(SWD) 모듈의 디개스 시간(초)의 함수로서의 처리량(시간 당 웨이퍼)을 대표한다. 곡선 42, 44는 각각 두 개의 단일 웨이퍼 디개스 모듈 및 세 개의 단일 웨이퍼 디개스 모듈을 사용하는 구성의 디개스 시간의 함수로서의 처리량을 대표한다. 곡선 46은 한번에 75개의 웨이퍼를 고정하는 본 발명의 모듈의 디개스 시간의 함수로서의 처리량을 보여준다. 곡선 40으로부터 120초 주기로 운영되는 단일 웨이퍼 디개스 스테이션(station)은 시간당 30 웨이퍼의 이론상 동적 처리량을 달성할 수 있음을 볼 수 있다. 이것은 디개스 시간의 증가와 함께 급감한다. 클러스터 도구의 일부로서의 두 개 또는 세 개의 SWD 모듈의 사용은 처리량을 비례적으로 증가시킨다. 그러나, 이것은 새로운 모듈의 추가적 비용이 상당하고 클러스터 도구 포트의 추가적 사용을 필요로 한다. 반면에, 곡선 46은 본 발명이 모든 디개스 시간에서 달성될 수 있는 상당한 처리량의 혜택을 제공할 수 있음을 보여준다. 상당한 처리량의 혜택은 클러스터 도구 내의 오직 하나의 디개스 모듈의 사용으로 달성될 수 있다.Figure 4 shows the expected wafer throughput of a typical, nominal 130°C degas process as a function of degas time for different degas configurations. Curve 40 represents throughput (wafers per hour) as a function of degas time (seconds) for a single wafer degas (SWD) module. Curves 42 and 44 represent throughput as a function of degas time for configurations using two single wafer degas modules and three single wafer degas modules, respectively. Curve 46 shows throughput as a function of degas time for a module of the present invention holding 75 wafers at a time. It can be seen from curve 40 that a single wafer degas station operating on a 120 second cycle can achieve a theoretical dynamic throughput of 30 wafers per hour. It decreases rapidly with increasing degas time. Using two or three SWD modules as part of a cluster tool increases throughput proportionally. However, this is significant at the additional cost of the new module and requires additional use of the cluster tools port. On the other hand, curve 46 shows that the present invention can provide significant throughput benefits that can be achieved at all degas times. Significant throughput benefits can be achieved with the use of only one degas module in a cluster tool.

도 5는 기체 방출과 관련된 특정 종의 부분 압력을 시간의 함수로서 보여준다. 데이터는 잔류 가스 분석기(RGA)를 사용하여 획득하였다. 더 구체적으로, 곡선 50, 52, 54는 각각 물, 질소 및 산소의 부분 압력을 보여준다. 데이터는 130℃ 디개스 공정을 위하여 획득되었다. 15분 후에 물의 피크가 약 4x10-6mbar (5.3x10-6 Torr)의 최대 압력에 도달하는 것과 함께 디개스 공정 동안 매우 낮은 압력이 유지되는 것을 볼 수 있다. 시스템의 훌륭한 진공 수행 덕분에 이 디개스 공정의 피크에서조차 모듈 내의 웨이퍼에 어떤 해로운 효과도 없이 디개스 모듈로부터 웨이퍼를 로딩 및 언로딩을 계속하는 것이 가능할 것이다. 디개스 모듈 내의 상대적으로 낮은 압력은 또한 수송 모듈 내의 진공 수준이 손상 받지 않도록 보장하고 이것은 클러스터 도구 내의 다른 공정 모듈의 교차 오염을 피하게 한다.Figure 5 shows the partial pressure of a particular species associated with outgassing as a function of time. Data was acquired using a residual gas analyzer (RGA). More specifically, curves 50, 52 and 54 show the partial pressures of water, nitrogen and oxygen, respectively. Data were acquired for the 130° C. degas process. It can be seen that a very low pressure is maintained during the degassing process with the peak of the water reaching a maximum pressure of about 4x10 -6 mbar (5.3x10 -6 Torr) after 15 minutes. Thanks to the excellent vacuum performance of the system, even at the peak of this degas process it will be possible to continue loading and unloading wafers from the degas module without any detrimental effect on the wafers in the module. The relatively low pressure in the degas module also ensures that the vacuum level in the transport module is not compromised and this avoids cross-contamination of other process modules in the cluster tool.

도 6은 130℃에서 360초 디개스와 이어지는 120초 PVD 증착 단계를 포함하는 대표적인 두 단계 증착 공정을 보여준다. 공정은 병렬로 운영되는 3 개의 PVD 모듈 62, 64, 66에 공급하기 위한 단일 디개스 모듈 60을 사용한다. FOUP 모듈 68은 웨이퍼를 공정 모듈 간 이송하기 위하여 사용된다. 디개스 모듈 60은 선행 기술 SWD 모듈 또는 병렬로 복수의 웨이퍼를 디개싱하는 본 발명의 디개스 모듈이 될 수 있다. 두 단계 증착 공정은 이 시나리오들 모두에서 실험되었다. 본 발명의 다중 웨이퍼 디개스(MWD) 모듈과 함께, 상대적으로 온건한 25 웨이퍼가 로딩된 디개스 모듈을 위한 실험이 수행되었다. 결과는 표 1에서 볼 수 있다.6 shows a representative two-step deposition process comprising a 360 second degas at 130° C. followed by a 120 second PVD deposition step. The process uses a single degas module 60 to feed three PVD modules 62, 64 and 66 operating in parallel. FOUP module 68 is used to transfer wafers between process modules. Degas module 60 can be a prior art SWD module or a degas module of the present invention that degass multiple wafers in parallel. A two-step deposition process was tested in all of these scenarios. Experiments were conducted for a degas module loaded with a relatively benign 25 wafers, along with the multi-wafer degas (MWD) module of the present invention. Results can be seen in Table 1.

Degas Module Type
디개스 모듈 형태Degas Module Type
Degas module type Static Throughput (wafers per hour)
정적 처리량(시간 당 웨이퍼)Static Throughput (wafers per hour)
Static throughput (wafers per hour) SWDSWD 9.29.2 MWD (25 wafers)MWD (25 wafers) 38.438.4

표 1 대표적인 공정 절차에서의 단일 웨이퍼 및 다중 웨이퍼 디개스 스테이션의 처리량(wph).
Table 1 Throughput (wph) of single wafer and multi-wafer degas stations in representative process sequences.

단일 웨이퍼 디개스 모듈은 체류 시간에 있어서 부조화가 있다. 보다 구체적으로, 각각의 PVD 모듈은 120초의 공정 시간을 갖는데 반하여 디개스 시간은 360초다. 이 부조화는 시스템이 효율적으로 기능할 수 없게 되는 결과를 갖는다. 그 결과, 이 구성의 예상되는 처리량은 시간당 9.2 웨이퍼(wph)이다. 이와 대조적으로, 25개의 웨이퍼를 다루는 본 발명의 다중 웨이퍼 증착 모듈은 디개스 시간의 길이에 의해 야기되는 명백한 처리량 제한을 제거할 수 있다. 왜냐하면 웨이퍼들은 병렬로 디개싱되고, 병렬로 구성된 3개의 PVD 모듈의 완전한 사용이 만들어졌기 때문이다. 이 것은 38.4wph의 처리량을 낳는다. 절차상 프로그래밍 기술은 웨이퍼가 가능한 가장 짧은 시간에 처리될 수 있게 담보할 수 있다.
Single wafer degas modules have mismatches in residence time. More specifically, each PVD module has a process time of 120 seconds while the degas time is 360 seconds. This mismatch has the result that the system cannot function efficiently. As a result, the expected throughput of this configuration is 9.2 wafers per hour (wph). In contrast, the multi-wafer deposition module of the present invention, which handles 25 wafers, can eliminate the apparent throughput limitation caused by the length of the degas time. Because the wafers are degassed in parallel, full use of three PVD modules configured in parallel is made. This yields a throughput of 38.4 wph. Procedural programming techniques can ensure that wafers can be processed in the shortest possible time.

Claims (10)

연속적으로 복수의 반도체 기판을 디개스(degas) 장치에 로딩(loading)하는 단계;
각각의 반도체 기판의 디개싱(degassing)이 상기 반도체 기판이 상기 디개스 장치에 로딩되는 시간에 관련되어 다른 시간에 시작되도록, 상기 반도체 기판들을 병렬로 디개싱하는 단계; 및
순서 상 나중에 로딩된 반도체 기판이 여전히 디개싱되는 동안, 반도체 기판이 디개싱되었을 때 상기 디개스 장치로부터 상기 반도체 기판을 언로딩(unloading)하는 단계;를 포함하고,
상기 반도체 기판의 디개싱은 10 -4 Torr미만의 압력에서 수행되고, 상기 디개스 장치는 상기 반도체 기판의 상기 디개싱 동안 계속해서 펌프되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 디개싱 방법.
continuously loading a plurality of semiconductor substrates into a degas device;
degassing the semiconductor substrates in parallel, such that degassing of each semiconductor substrate starts at a different time relative to the time the semiconductor substrate is loaded into the degas device; and
unloading the semiconductor substrate from the degas device when the semiconductor substrate is degassed while the semiconductor substrate loaded later in the sequence is still degassed;
The degassing of the semiconductor substrate is performed at a pressure of less than 10 −4 Torr, and the degassing device is continuously pumped during the degassing of the semiconductor substrate.
 제1항에 있어서,
상기 반도체 기판의 상기 디개싱은 10-4 Torr미만의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는
반도체 기판의 디개싱 방법.
According to claim 1,
The degassing of the semiconductor substrate is performed at a pressure of less than 10 -4 Torr
Degassing method of semiconductor substrate.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 디개싱은 상기 반도체 기판의 방사 가열을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 디개싱 방법.
According to claim 1 or 2,
The method of degassing a semiconductor substrate, characterized in that the degassing comprises radiant heating of the semiconductor substrate.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
각각의 반도체 기판은 언로딩에 앞서 기 설정된 시간 동안 디개싱되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 디개싱 방법.
According to claim 1 or 2,
A method of degassing a semiconductor substrate, characterized in that each semiconductor substrate is degassed for a predetermined time prior to unloading.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
적어도 3개의 반도체 기판이 연속적으로 디개스 장치로 로딩되는 것을 특징으로 하는
반도체 기판의 디개싱 방법.
According to claim 1 or 2,
Characterized in that at least three semiconductor substrates are successively loaded into the degas device.
Degassing method of semiconductor substrate.
 반도체 기판을 연속적으로 디개스 장치에 로딩 및 디개스 장치로부터 언로딩하기 위한 로딩 및 언로딩 장치;
반도체 기판의 디개싱을 위해 10 -4 Torr 미만의 원하는 압력을 달성하기 위하여 상기 디개스 장치를 펌핑하기 위한 펌핑 배열(pumping arrangement); 및
각각의 반도체 기판의 디개싱(degassing)이 상기 반도체 기판이 상기 디개스 장치에 로딩되는 시간에 관련되어 서로 다른 시간에 시작되도록 상기 반도체 기판들이 병렬로 디개싱될 때, 반도체 기판이 디개싱되었는지 결정하여 순서 상 나중에 로딩된 반도체 기판이 여전히 디개싱되는 동안 상기 디개싱된 반도체 기판이 상기 디개스 장치로부터 언로딩되도록 하는, 상기 반도체 기판이 연속적으로 로딩되고 병렬로 디개싱되도록 하는 제어부(controller);를 포함하고,
상기 펌핑 배열이 상기 반도체 기판의 상기 디개싱 동안 계속해서 상기 디개스 장치를 펌핑하도록 설정된 디개스 장치.
a loading and unloading device for continuously loading and unloading semiconductor substrates into and from the degas device;
a pumping arrangement for pumping the degas device to achieve a desired pressure of less than 10 -4 Torr for degassing of semiconductor substrates; and
Determine if a semiconductor substrate has been degassed when the semiconductor substrates are degassed in parallel such that the degassing of each semiconductor substrate starts at different times relative to the time the semiconductor substrate is loaded into the degas device. a controller that causes the semiconductor substrates to be continuously loaded and degassed in parallel so that the degassed semiconductor substrates are unloaded from the degassing device while the semiconductor substrates loaded later in the sequence are still degassed; including,
wherein the pumping arrangement is configured to continuously pump the degas device during the degassing of the semiconductor substrate.
 제6항에 있어서,
상기 반도체 기판을 방사 가열하기 위한 하나 또는 둘 이상의 방사 히터(radiative heater)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
디개스 장치.
According to claim 6,
Characterized in that it further comprises one or more radiative heaters for radiatively heating the semiconductor substrate.
degassing device.
 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제어부는 반도체 기판이 기 설정된 시간 동안 디개싱되면 상기 반도체 기판이 디개싱되었다고 결정하는 것을 특징으로 하는
디개스 장치.
According to claim 6 or 7,
Characterized in that the control unit determines that the semiconductor substrate is degassed when the semiconductor substrate is degassed for a predetermined time
degassing device.
 제8항에 있어서,
상기 제어부가
각각의 반도체 기판이 디개싱되는 시간을 감시하고, 반도체 기판이 상기 기 설정된 시간 동안 디개싱되었을 때 직접적으로 또는 간접적으로 상기 디개싱된 반도체 기판이 상기 디개스 장치로부터 언로딩되도록 유발하는 상태 표시부를 제공하는 타이머 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는
디개스 장치.
According to claim 8,
the control unit
A status display unit that monitors the time each semiconductor substrate is degassed and directly or indirectly causes the degassed semiconductor substrate to be unloaded from the degas device when the semiconductor substrate is degassed for the predetermined time period. Characterized in that it includes a timer function to provide
degassing device.
 반도체 기판 처리를 위한 제6항에 따른 디개스 장치를 포함하는 클러스터 도구(cluster tool).A cluster tool comprising a degas device according to claim 6 for processing semiconductor substrates.
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